DE10003123C2 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Bremsanlage für Kraftfahrzeuge

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Description

Die Erfindung bildet eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge aus.
Eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge ist beispielsweise aus der DE 40 00 324 A1 bekannt. Hierbei wird mittels eines Hydraulikaggregats (HE) ein zusätzliches Bremsflüssigkeitsvolumen eingespeist, wenn das Bremsflüssigkeitsvolumen im Tandern-Hauptbremszylinder für die Durchführung der vom Fahrer beabsichtigten Verzögerung nicht ausreicht. Zur Erkennung der Notwendigkeit eines zusätzlichen Bremsflüssigkeitsvolu­ mens werden eigene Sensoren vorgesehen, wie z. B. ein Bremspedalweg­ sensor und ein Differenzdruckschalter zwischen den zwei mit dem Haupt­ bremszylinder verbundenen Radbremskreisen. Die Verwendung von Senso­ ren erhöht jedoch die Kosten und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Bremsan­ lage. Weiterhin sind aufwendige Fehlerüberwachungs- und Notfallroutinen vorzusehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Bremsanlage eingangs genannter Art derart zu verbessern, dass auf zusätzliche Sensoren verzichtet werden kann und dennoch auch bei kleinerer Auslegung vom Hauptbremszylinder und/oder vom Bremskraftverstärker eine Vollverzögerung, insbesondere bei Extrembelastungen der Bremsanlage, gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängi­ gen Ansprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Bremsanlage wird im Wesentlichen unabhängig von der Betätigung des Bremspedals dem Radbremskreis zusätzliches Bremsflüssigkeitsvolumen zugeführt, wenn ein vorgegebener Belastungs­ grad erreicht oder überschritten wird und die Ist-Verzögerung eine vorgege­ bene Verzögerungsschwelle erreicht oder überschritten hat. Dabei wird vor­ zugsweise eine Bremsanlage für Bremsregelsysteme verwendet, die die hierfür notwendigen Vorrichtungen, wie z. B. eine steuerbare Hydraulikpum­ pe im Radbremskreis, bereits enthalten.
Im Unterschied zur DE 40 00 324 A1, bei der die Erschöpfung der Haupt­ bremszylinder-Kapazität durch eigens dafür vorgesehene Sensoren erfasst wird, geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass insbesondere bei ge­ gebener Auslegung des Hauptbremszylinders und bei einem gegebenen Be­ lastungsgrad der Bremse der Einsatz der vollständigen Hauptbremszylinder- Kapazität nur zu einer bestimmten Verzögerung des Fahrzeuges führen kann, die kleiner als die bei einer Vollbremsung üblicherweise gewünschte Vollverzögerung ist. Somit wir bei Erreichen dieser im Vergleich mit der Voll­ verzögerung geringeren mit dem Hauptbremszylinder auslegungsbedingt maximal möglichen Verzögerung auf einen Vollver­ zögerungswunsch des Fahrers geschlossen und zur Erhöhung der Rad­ bremskraft zusätzliches Bremsflüssigkeitsvolumen in den Radbremskreis eingespeist.
Die Mittel zur Erfassung des Belastungsgrades und die Mittel zur Erfassung der vom Fahrer über das Bremspedal eingeleiteten Ist-Verzögerung sind vor­ zugsweise in ein für Bremsanlagen ohnehin vorhandenes elektronisches Steuergerät in Form von Hardwareschaltungen und/oder Softwareroutinen integriert.
Der Belastungsgrad kann auf unterschiedliche Weise und abhängig von un­ terschiedlichen, dem Steuergerät zur Verfügung stehenden Betriebspara­ metern über Rechenmodelle erfasst werden. Im einfachsten Fall entspricht der Belastungsgrad einer Radbremstemperatur, die mittels eines Tempera­ turmodells abhängig von der Ausgangs-Geschwindigkeit, der Ist- Verzögerung und der Bremszeit berechnet werden kann. Auch die von der Bremstemperatur abhängige Reibwertabnahme kann hierbei berücksichtigt werden. Bei der Erfassung des Belastungsgrades kann aber über eine Langzeitbetrachtung auch der Zustand der Bremsbeläge, insbesondere der radiale und tangentiale Schrägverschleiß, berücksichtigt werden.
Der Bremsbelastungsgrad wird vorzugsweise auch als Funktion von fahrzeugabhängigen Größen, wie z. B. vom Gewicht, von den Radbremsdimensionen, von den Kühlverhältnissen, vom Luft- und Rollwiderstand sowie von der Motorleistung und der Motorcharakteristik (Beschleunigungsvermögen und Endgeschwin­ digkeit) bestimmt. Die fahrzeugabhängigen Größen werden z. B. in Form eines fahrzeugimmanenten Bremsbelastungskoeffizienten im Steuergerät abgespeichert.
Die vom Fahrer über das Bremspedal eingeleiteten Ist-Verzögerung wird beispielsweise über die Raddrehzahlsensoren erfasst, wie sie für Bremsan­ lagen mit Bremsregelsystem gängig sind.
Für die Zufuhr des zusätzlichen Bremsflüssigkeitsvolumens sind besonders die bekannten Fahrstabilitätsregelsysteme (ESP oder DSC) geeignet, da sie ohne mechanischen Zusatzaufwand alle Voraussetzungen für die praktische Umsetzung der Erfindung erfüllen. Diese Voraussetzungen sind im Einzel­ nen:
  • - Raddrehzahlsensoren zur Erfassung der Beschleunigung bzw. Verzöge­ rung,
  • - eine Hydraulikpumpe, mit deren Hilfe das Bremsflüssigkeitsvolumen direkt aus dem Ausgleichsbehälter oder über den Hauptbremszylinder ange­ saugt und in die Radbremsen eingespeist werden kann,
  • - Ventile, die den Aufbau des Bremsdruckes in den Radbremsen unabhängig von der Betätigung des Bremspedals ermöglichen und
  • - ein elektronisches Steuergerät, in das die Verfahrensanteile (z. B. Sen­ sorsignalerfassung, Rechenmodelle, Speicher, Programmschritte, Aktuatoransteuerung) der erfindungsgemäßen Bremsanlage integriert werden können.
Die Vorgabe der Verzögerungsschwelle(n) richtet sich dabei insbesondere nach der maximal möglichen Verzögerung, die sich aufgrund der Auslegung des Hauptbremszylinders, insbesondere durch dessen maximal mögliches Abgabevolumen, und/oder aufgrund der Auslegung des Bremskraftverstär­ kers, insbesondere durch dessen Aussteuerpunkt und dem damit verbunde­ nen maximal möglichen Leitungsdruck bzw. Radbremsdruck, ergibt.
Die vorgegebene Verzögerungsschwelle wird vorzugsweise variabel, näm­ lich umgekehrt proportional zum erfassten Belastungsgrad definiert; d. h. die Verzögerungsschwelle sinkt mit steigendem Belastungsgrad.
Weiterhin wird die vorgegebene Verzögerungsschwelle vorzugsweise ab­ hängig vom maximal möglichen Bremsflüssigkeitsvolumen definiert. Das maximal mögliche Bremsflüssigkeitsvolumen ergibt sich aufgrund der Ausle­ gung des Hauptbremszylinders und entspricht seinem maximal möglichen Abgabevolumen, das durch den Hub bzw. die Länge und die Kolbenfläche des Hauptbremszylinders fest vorgegeben ist. Durch die Er­ findung kann der Hauptbremszylinder kleiner als normal, d. h. kleiner als ein alle Brems-Betriebssituationen abdeckender Hauptbremszylinder ausgelegt werden (vgl. hierzu auch DE 40 00 324 A1).
Auch wird die vorgegebene Verzögerungsschwelle vorzugsweise abhängig vom maximal möglichen Bremsdruck definiert, der sich aufgrund der Ausle­ gung des Bremskraftverstärkers insbesondere durch die Lage des Aussteu­ erpunktes ergibt, da oberhalb des Aussteuerpunktes eine weitere Zunahme des Leitungsdruckes nur mit sehr großer Kraftsteigerung möglich ist. Zur Vereinfachung wird deshalb im Folgenden der Druck im Aussteuerpunkt mit dem maximal möglichen Bremsdruck gleichgesetzt.
Besonders vorteilhaft ist die Abstimmung des maximal möglichen Bremsdruckes und des maximal möglichen Bremsflüssigkeitsvolumens auf­ einander, da sie sich gegenseitig beeinflussen. Dazu wird die Bremsanlage im Hinblick auf die Auslegung des Hauptbremszylinders und des Bremskraft­ verstärkers derart ausgelegt, dass sich bei Vorliegen des durch den Hauptbremszylinder festgelegten maximal möglichen Bremsflüssigkeitsvo­ lumens und des durch den Bremskraftverstärker festgelegten maximal mög­ lichen Bremsdruckes zumindest für einen vorgegebenen Belastungszustand die gleiche maximal mögliche Verzögerung ergibt.
Bei Verwendung von Bremsregelsystemen greift die Erfindung nur dann ein, wenn gerade kein Bremsregeleingriff vorliegt. Das zusätzliche Bremsflüssig­ keitsvolumen kann Zeit- oder Volumen- oder Ereignis-gesteuert zu­ geführt werden.
Vorzugsweise wird das zusätzliche Bremsflüssigkeitsvolu­ men solange zugeführt, bis sich sämtliche Räder im ABS-Modus befinden. Durch diese Ereignissteuerung wird eine auch für einen Vollverzögerungs­ wunsch notwendige Verzögerung sichergestellt.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass Hauptbremszylinder und/oder Bremskraftverstärker kleiner als bisher üblich ausgelegt werden können. Bei den Situationen, in denen das Volumen der bisher üblicherweise groß aus­ gelegten Hauptbremszylinder ausgenutzt wird, handelt es sich fast aus­ schließlich um Vollverzögerungen im Anschluss an vorausgegangene Ex­ trembelastungen. Derartige Extrembelastungen sind beispielsweise wieder­ holte Bremsvorgänge mit dazwischenliegenden Beschleunigungsphasen ohne Erholungszeit für die Radbremsen (z. B. gemäß der "auto motor + sport"- Bremswegmessungen) oder auch Hochtemperatur-Fading-Tests. Hochtemperaturfading äußert sich für den Fahrer dahingehend, dass für eine bestimmte Verzögerung eine deutlich höhere Pedalkraft und ein deutlich längerer Pedalweg erforderlich wird als üblicherweise. Diese und andere Extrembelastungen werden durch die erfindungsgemäße Erfassung des Bela­ stungsgrades berücksichtigt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 die Abhängigkeit des maximal möglichen Bremsflüssigkeitsvo­ lumens vom Bremsdruck sowie gleichzeitig Linien gleicher ma­ ximal möglicher Verzögerungen,
Fig. 2 eine regelbare hydraulische Bremsanlage, die zur Realisierung der Erfindung verwendet werden kann.
In Fig. 1 ist in einem schematischen Diagramm dargestellt, wie sich abhän­ gig vom Belastungsgrad (A, B, C, D) der Bremsanlage die Volumen-Druck- Kennlinie der Bremsanlage verschiebt. Ergänzend wird daraufhin gewiesen, daß das Spektrum zwischen dem kleinsten definierten Belastungsgrad (hier A) und dem größten definierten Belastungsgrad (hier D) beliebig genau auf­ gelöst werden kann. Ebenso können auch der kleinste und der größte Bela­ stungsgrad beliebig definiert werden. Auf der Abszisse ist der Bremsdruck, im ff. kurz Druck p genannt, auf der Ordinate ist das Bremsflüssigkeitsvolu­ men, im ff. kurz Volumen V genannt, aufgetragen. Der Druck p ist bei vor­ zugsweiser Verwendung einer ohnehin vorhandenen Bremsregelungsanlage der am Hauptbremszylinderausgang in der Hydraulikleitung vorliegende Leitungsdruck, der direkt proportional zur Pedalkraft und gleich dem Bremsdruck in den Radbremszylindern im Nicht-Regelbetrieb ist.
In Fig. 1 sind Beispiele verschiedener Volumen-Druck-Kennlinien 1, 2, 3 und 4 für vier verschiedene Belastungsgrade A, B, C und D dargestellt. Diese Kennlinien 1 bis 4 können beispielsweise in einem Steuergerät für eine Bremsregelungsanlage nach Fig. 2 abgespeichert sein. Im Steuergerät wird mittels Rechenmodellen insbesondere abhängig von der Bremsentempera­ tur, aber auch von anderen Betriebs- und/oder Fahrzeugparametern der je­ weilige Belastungsgrad ermittelt. Weiterhin sind Linien gleicher maximal möglicher Verzögerungen a1 bis a5 abhängig vom Belastungsgrad A bis D abgespeichert. Die Verzögerung a5 soll im dargestellten Beispiel 1 g sein und wird hier als Vollverzögerung und damit als stets ausreichende Verzögerung definiert. Die Verzögerungen a1 = 0,4 g, a2 = 0,6 g, a3 = 0,8 g und a4 = 0,9 g sind kleiner als die (möglicherweise angeforderte) Vollverzögerung.
Grundsätzlich wird erfindungsgemäß zusätzliches Volumen V in den Rad­ bremskreis zugeführt, wenn ein vorgegebener Belastungsgrad A, B, C oder D erreicht oder überschritten wird und die Ist-Verzögerung eine vorgegebene Verzögerungsschwelle erreicht oder überschritten hat.
Im folgenden werden Beispiele für unterschiedlich ausgelegte Bremsanlagen beschrieben.
1. Beispiel
Der Hauptbremszylinder der Bremsanlage ist derart ausgelegt, dass ein ma­ ximal mögliches Volumen von Vmax vorliegt. Der Bremskraftverstärker ist der­ art ausgelegt, daß ein maximal möglicher Druck von pmax aufgebracht werden kann. Die Auslegung dieser Bremsanlage ist derart, dass sie selbst bei höchstem Belastungsgrad D die maximal mögliche Verzögerung von a5 = 1 g ausführen kann. Bei einer derartigen Auslegung der Bremsanlage ist das erfindungsgemäße Zuführen von zusätzlichem Volumen V nicht erforderlich. Ziel der Erfindung ist jedoch, eine derartige mit hohen Kosten und großem Bauraum verbundene Auslegung zu vermeiden.
2. Beispiel
Der Hauptbremszylinder der Bremsanlage ist derart ausgelegt, dass ein ma­ ximal mögliches Volumen von VHZ1 vorliegt. Der Bremskraftverstärker ist der­ art ausgelegt, dass ein maximal möglicher Druck von pA1 aufgebracht werden kann. Die Auslegung dieser Bremsanlage ist derart, dass sich bei Aus­ schöpfung des maximal mögliche Bremsflüssigkeitsvolumens VHZ1 und des maximal möglichen Bremsdruckes pA1 für den Belastungszustand D nur noch eine maximal mögliche Verzögerung von a3 = 0,6 g ergibt. Für das Erreichen einer Vollverzögerung im Belastungszustand D ist daher eine Zufuhr von zusätzlichem Volumen V erforderlich. Daher wird erfindungsgemäß bei die­ ser Bremsanlage beispielsweise das Erreichen des Belastungsgrades D und der Verzögerungsschwelle von a3 oder einem Wert, der etwas unterhalb von a3 liegt, als Auslösekriterium für die Zufuhr von zusätzlichen Volumen V in den Radbremskreis vorgegeben.
Im Belastungszustand C ist eine Verzögerung von mindestens a4 = 0,8 g möglich. Eine Auslösung für die Zufuhr von zusätzlichem Volumen ist erst bei Überschreiten von a4 notwendig.
3. Beispiel
Der Hauptbremszylinder der Bremsanlage ist derart ausgelegt, dass ein ma­ ximal mögliches Volumen von VHZ2 vorliegt. Der Bremskraftverstärker ist der­ art ausgelegt, dass ein maximal möglicher Druck von pA2 aufgebracht werden kann. Die Auslegung dieser Bremsanlage ist derart, daß sich bei Ausschöp­ fung des maximal mögliche Bremsflüssigkeitsvolumens VHZ2 und des maxi­ mal möglichen Bremsdruckes pA2 für den Belastungszustand C die maximal mögliche Verzögerung von a3 = 0,6 g ergibt. Im Belastungszustand D ist bei dieser Bremsanlage nur noch eine maximal mögliche Verzögerung von a1 = 0,4 g erreichbar. Im Belastungszustand B ist bei dieser Bremsanlage noch eine maximal mögliche Verzögerung von 0,7 g (zwischen a3 und a4) erreichbar. Im Belastungszustand A ist bei dieser Bremsanlage eine maximal mögliche Verzögerung von a4 = 0,8 g erreichbar. Die Verzögerungsschwellen werden abhängig vom erfassten Belastungsgrad (A, B, C, D) definiert. Für den Belastungsgrad A wird beispielsweise eine Verzögerungsschwelle von 0,8 g definiert. Im Belastungszustand B wird eine Verzögerungsschwelle von 0,7 g oder vorzugsweise von einem Wert, der etwas unterhalb der maximal möglichen Verzögerung von 0,7 g liegt, vorgegeben. Im Belastungszustand C wird eine Verzögerungsschwelle von etwa a3 = 0,6 g oder etwas darunter vor­ gegeben. Im Belastungszustand D wird eine Verzögerungsschwelle von et­ wa a1 = 0,4 g oder etwas darunter vorgegeben. Hat die Ist-Verzögerung die jeweilige Verzögerungsschwelle im jeweiligen Belastungszustand zumindest erreicht, wird zusätzliches Volumen V in die Radbremskreise zugeführt.
Betrachtet man die Beispiele 2 und 3 zusammengefasst, werden die Verzö­ gerungsschwellen abhängig vom Belastungszustand (A, B, C, D), dem ma­ ximal möglichen Bremsflüssigkeitsvolumen (VHZ1; VHZ2) und vom maximal möglichen Bremsdruck (pA1; pA2) vorgegeben.
Vorzugsweise wird das zusätzliche Bremsflüssigkeitsvolumen V solange zu­ geführt, bis sich sämtliche Räder im ABS-Modus befinden. Somit wird eine maximal mögliche Verzögerung im Hinblick auf den Reibwert zwischen der Straße und den Fahrzeugrädern durchgeführt. Eine hydraulische Bremsre­ gelanlage, die zur Realisierung dieser erfindungsgemäßen Bremsanlage verwendet werden kann, ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Zufuhr von zusätzlichem Volumen V findet nur dann statt, wenn kein Re­ gelbetrieb der Bremsanlage vorliegt. Für die erfindungsgemäße Zufuhr von zusätzlichem Volumen V in die Radbremskreise (über HA und VA) werden die Rückförderpumpen SRFP1 und SRFP2 eingeschaltet. Die Ventile USV1 und USV2 werden geschlossen. Die Ventile HSV1 und HSV2 werden geöff­ net.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß zwischen dem Bremspedal BP und dem Hauptbremszylinder HBZ ein hier nicht dargestellter Bremskraftverstär­ ker vorhanden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Zufuhr des zusätzlichen Bremsflüssigkeitvolu­ mens ergeben sich zwei unterschiedliche Situationen (vgl. auch Fig. 2):
  • 1. Das Volumen des Hauptbremszylinders HBZ ist im Moment des Eingriffs noch nicht vollständig erschöpft. Dann saugen die hydraulischen Pumpen SRFP1 und SRFP2 aus dem Hauptbremszylinder HBZ weiter Volumen ab. Der Kolben des Hauptbremszylinders und damit das Bremspedal BP werden nach vorne gezogen. Ohne Kraftsteigerung des Fahrers am Bremspedal tritt eine Vollverzögerung ein.
  • 2. Der Hauptbremszylinder-Kolben ist bereits auf Anschlag bzw. kurz davor. Dann saugen die Pumpen SRFP1 und SRFP2 über die (hier nicht darge­ stellten) Manschetten des Hauptbremszylinders HBZ weiter Volumen aus dem Ausgleichsbehälter AB nach.
Die zusätzliche Zufuhr des Volumens V kann jedoch auch direkt aus dem Ausgleichsbehälter AB entnommen werden, wenn zwischen dem Aus­ gleichsbehälter AB und den Bremsleitungen an den Hauptzylinderanschlüs­ sen HA und VA eine Verbindung vorgesehen ist (vgl. z. B. DE 40 00 324 A1).
Das zusätzliche Bremsflüssigkeitsvolumen V wird solange zugeführt, bis sich sämtliche Räder im ABS-Modus befinden. Anschließend werden die Rück­ förderpumpen SRFP1 und SRFP2 wieder ausgeschaltet. Die Ventile USV1 und USV2 werden geöffnet. Die Ventile HSV1 und HSV2 werden wieder ge­ schlossen.

Claims (5)

1. Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, mit einem Hauptbremszylinder, der über einen Bremskraftverstärker durch ein vom Fahrer zu betätigendes Bremspedal betätigt wird, mit einem an den Hauptbremszylinder ange­ schlossenen Ausgleichsbehälter und mit mindestens einem, mit dem Hauptbremszylinder verbundenen Radbremskreis, dem unabhängig von der Betätigung des Bremspedals zusätzliches Bremsflüssigkeitsvo­ lumen zuführbar ist, und mit einem Steuergerät, wobei im Steuergerät Mittel zur Bestimmung eines Belastungsgrades der Bremsanlage ab­ hängig von Betriebsparametern und Mittel zur Erfassung der vom Fah­ rer über das Bremspedal eingeleiteten Ist-Verzögerung vorgesehen sind, und wobei zusätzliches Bremsflüssigkeitsvolumen (V) in den Rad­ bremskreis zugeführt wird, wenn das Steuergerät erkennt, dass ein vorgegebener Belastungsgrad (A; B; C; D) erreicht oder überschritten wird und die Ist-Verzögerung eine vorgegebene Verzögerungsschwelle (a1-a5) erreicht oder überschritten hat, wobei die Vorgabe der Verzögerungs­ schwelle(n) (a1-a5) sich zumindest nach einer maximal möglichen Verzögerung richtet, die sich aufgrund der Auslegung des Hauptbremszylinders er­ gibt.
2. Bremsanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Verzögerungsschwelle (a1-a5) abhängig vom erfassten Bela­ stungsgrad (A; B; C; D) definiert wird.
3. Bremsanlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Verzögerungsschwelle (a1-a5) abhängig vom maximal möglichen Bremsflüssigkeitsvolumen (Vmax; VHZ1; VHZ2) definiert wird.
4. Bremsanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die vorgegebene Verzögerungsschwelle (a1-a5) abhängig vom maximal möglichen Bremsdruck (pmax; pA1; pA2) definiert wird.
5. Bremsanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Bremsanlage im Hinblick auf die Auslegung des Hauptbremszylinders und des Bremskraftverstärkers derart ausgelegt ist, dass sich bei Ausschöpfung des maximal möglichen Bremsflüssig­ keitsvolumens (VHZ1; VHZ2) und des maximal möglichen Bremsdruckes (pA1; pA2) Zumindest für einen vorgegebenen Belastungszustand (D; C), vorzugsweise für den höchsten Belastungsgrad (D), die gleiche maxi­ mal mögliche Verzögerung (a3; a3) ergibt.
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